国家能源集团神东煤炭：创新矿井治灾技术 做行业领先典范

来源：中国能源新闻网 时间：2023-02-20 14:34

中国能源新闻网通讯员 徐清 王庆雄 高振宇

　　煤矿开采是与自然作斗争的过程，地质条件千变万化，地下灾害与煤炭生产相伴而生。国家能源集团神东煤炭作为全国首个2亿吨煤炭生产基地，行业先进生产力代表，不仅在生产技术革新上成果丰硕，在应对矿井灾害治理领域也走在行业前沿。其中，长钻孔水力压裂治灾技术在2017年首创应用于坚硬顶板强矿压治理，经过6年的丰富创新，成功将技术应用扩展至上覆遗留煤柱强矿压，坚硬煤体、冲刷地质异常体、夹矸层弱化等灾害治理中，为矿井安全高效生产提供了保障。仅2022年一年，长钻孔水力压裂治灾技术就已经成功在神东所属矿井17个工作面应用实施，共计施工定向长钻孔96个，钻孔长度累计3.6万多米、压裂700多段，创造了井下单孔800米分18段压裂的行业纪录。首创精神、丰富应用场景、成熟技术实践生动诠释了神东“山沟沟里也可以出先进生产力”的发展自信。

　　神东的实践成果为坚硬顶板强矿压超前防治提供了装备和技术支撑，丰富了煤矿井下顶板强矿压防治技术手段，填补了煤矿井下定向长钻孔裸眼分段压裂装备和技术空白，创建了超前、精准、区域化强矿压防治新模式。

技术革新引领发展之路

　　事非经过不知难，成如容易却艰辛。时间的坐标回到2017年，布尔台煤矿42107工作面，煤壁片帮、巷道帮鼓及底鼓现象明显，解决坚硬顶板强矿压问题是保障矿井安全生产的当务之急。其实，这也不是一个工作面的问题。布尔台煤矿是神东地质条件复杂的矿井，开采难度大，与此同时，随着各矿井开采范围和深度的增加，越来越多的矿井受到顶板灾害的威胁，强矿压问题均会接踵而来。考虑到常规爆破及短钻孔水力压裂覆盖区域小、工程量大、成本高，且爆破易产生一氧化碳等有毒有害气体等问题，技术革新是一条必由之路。

　　“石油、天然气开采中使用的压裂装备，通过水力作用改变岩石的物理性质，从而增加岩层的渗透性。”神东生产管理部主管王庆雄介绍道，尽管地面压裂和地下压裂场景不同，但解决问题的原理是值得借鉴的。神东在此基础上学习创新，与科研院所联合，结合井下作业受限条件，着力于设备小型化改造和功能性开发，研发了适用于井下定向长钻孔的裸眼分段压裂成套装备，形成了顶板长钻孔分段压裂超前弱化解危的工艺技术。

　　从理论研究到设备创新，该技术首次在布尔台煤矿落地实践，通过向工作面中部煤层顶板施工定向长钻孔，并分段进行水力压裂，实现了坚硬顶板人工弱化改造。布尔台煤矿采煤机司机付钟保记忆犹新，“以往遇到工作面来压，得打起十二分的注意，时刻调整采煤机动作，这次在通过压裂治理区域时，采煤机明显好推多了。”在煤机司机主观的感受之下，是客观数据的支撑，通过水力压裂，工作面来压期间支架阻力由平均48.2兆帕降至38.1兆帕，来压步距由24—30米降至17—21米，采空区悬顶面积显著减小。

　　这一组有力的数据表明了神东应用长钻孔水力压裂治灾技术有效可靠，探索出解决坚硬顶板强矿压问题全新路径，是国内乃至国际上首次将该项技术应用于煤矿坚硬顶板治理领域。

丰富实践带来广阔前景

　　首战告捷，并不意味着就此止步。

　　神东安全、高效的生产节奏，对工艺、效率提出了新的要求。在总结压裂成功经验中，神东技术人员又将思考聚焦在工艺改进提升中，可以简单理解为，既要做到少打钻孔，又能压裂更远的距离。

　　看似困难的问题，神东技术人员总能找到最优解。在探索实践过程中，技术人员不断突破裸眼高压密封、单孔分级压裂有限等瓶颈，开发多段拖动后退式压裂工艺，实现了2千米以外自动控制压裂，创造了井下单孔800米分18段压裂的行业纪录。

　　长钻孔水力压裂治灾技术在应用中成熟，也在实践中不断丰富应用场景。治理范围不仅涵盖了坚硬顶板强矿压、上覆遗留煤柱强矿压领域，还在坚硬煤体、冲刷地质异常体、夹矸层弱化等方面得到丰富应用，前景广阔。

　　在上湾煤矿12402工作面，平均煤厚达到9.05米，煤层坚硬、韧性大，与之对应的就是在回采中截割困难、推采速度慢、截齿消耗量高、采煤机故障多发。神东生产管理部通过对治理坚硬顶板的原理迁移，对厚硬煤层进行弱化改造，提高工作面回采效率，减少回采设备损耗，降低生产成本。

　　在神东的丰富应用场景和成熟技术实践中，长钻孔水力压裂治灾技术具有钻孔轨迹精确可控、有效压裂段长度大、压裂裂缝延展半径大等优势，与传统的大直径钻孔卸压、煤层注水软化、煤层或顶底板爆破解危卸、常规浅孔水力压裂等治理方式相比，从技术、经济、环保等多个维度，都突显出了优势与效益。

　　发展无止境，创新不止步。神东积极拥抱数字化蓝海，矿压防治技术也与时代发展同频共振。在布尔台煤矿成立的神东矿压研究重点实验室，就着力于在智能化思维主导下建立覆盖“全矿井、重点区域”的全方位、多层次的现代化综合矿压防治技术体系。实验室的布局意味着神东矿压防治工作在搭建平台、聚合资源、通力攻关方面迈上了新台阶。值得期待的是，镌刻神东烙印的矿压技术体系和管理标准将在这里扬帆起航。

多维度全方位精准施治

　　“压裂效果怎么样，不能只有感官感受，更需要数据来支撑。”神东生产管理部高振宇介绍，为准确掌握压裂效果，做到灾害精准治理，神东建立了压裂效果“时空”响应的多参量动—静结合的综合监测技术体系。

　　多参量意味着多个维度多个方法，围绕压裂裂缝监测和压裂防治效果评价两个方面，神东将严谨求实的科学精神贯穿始终。仅以静态的监测手段为例，神东研发了定向长钻孔孔内瞬变电磁探测技术和装备，以压裂前区域电阻分布为背景，通过压裂后电阻测试结果与压裂前做差，确定纯电阻异常区，探测压裂裂缝分布区域和展布方向。

　　监测目的不止于了解，更在于精准的应用，该技术体系可提前对压裂施工参数进行优化，实现了定量精准设计和评价，填补了压裂裂缝扩展特征和强矿压灾害压裂超前区域防治效果综合立体定量评价方法的空白。

　　神东矿压研究重点实验室也在此基础上发力，实验室主任张传玖介绍说：“实验室配备的PASAT监测系统，通过压裂实施前后岩体应力变化情况，进一步丰富了水力压裂效果评价体系。”多种监测手段的共同加持，为公司长钻孔水力压裂治灾技术精准实施提供了坚强保障。

　　集全方位综合监测技术应用、定向钻进、分段压裂的优势，神东实现了超前、远距离、精准施治的强矿压灾害区域治理，走出了一条科学的治理之路，成功经验也输出应用在陕煤集团、中煤集团、陕西延长石油（集团）等大型企业中，引领行业技术发展。

　　目前，该技术成果获得省部级奖4项，申请和制定行业及企业标准3项，申请专利40余项，授权发明专利14项，实用新型专利4项，软件著作权2项。高振宇骄傲地介绍，“这项研究成果被中国煤炭工业协会鉴定为国际领先水平。”

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